MOS管教程.pptx

模 拟 电 子 技 术掌握内容：掌握内容：JFETJFET特性的比较特性的比较理解内容：理解内容：JFETJFET的特性及参数的特性及参数了解内容：了解内容：JFETJFET的结构、工作原理；的结构、工作原理；重重 点：点：NMOSFETNMOSFET及其共源放大电路（及其共源放大电路（CSCS电路）电路）难难 点：点：N N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET的工作原理的工作原理本章学时：本章学时：6 6第四章场效应管放大路第四章场效应管放大路模 拟 电 子 技 术第四章场效应管放大路第四章场效应管放大路主要内容：主要内容：4.1 结型场效应管结型场效应管4.2 MOS 场效应管场效应管4.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路小结小结模 拟 电 子 技 术引引 言言场效应管场效应管 FET(Field Effect Transistor)类型：类型：结型结型 JFET(Junction Field Effect Transistor)绝缘栅型绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)模 拟 电 子 技 术特点：特点：1.单极性器件单极性器件(一种载流子导电一种载流子导电)3.工艺简单、易集成、功耗小、工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低体积小、成本低2.输入电阻高输入电阻高 (107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 )模 拟 电 子 技 术4.1 结型场效应管结型场效应管1.结构与符号结构与符号N 沟道沟道 JFETP 沟道沟道 JFET模 拟 电 子 技 术2.工作原理工作原理uGS 0，uDS 0 此时此时 uGD=UGS(off)；沟道楔型沟道楔型耗尽层刚相碰时称耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断。预夹断预夹断当当 uDS ，预夹断预夹断点点下移。下移。模 拟 电 子 技 术3.转移特性和输出特性转移特性和输出特性UGS(off)当当 UGS(off)uGS 0 时时,uGSiDIDSSuDSiDuGS=3 V 2 V 1 V0 V 3 VOO模 拟 电 子 技 术一、增强型一、增强型 N 沟道沟道 MOSFET (Mental Oxide Semi FET)4.2 MOS 场效应管场效应管1.结构与符号结构与符号P 型衬底型衬底(掺杂浓度低掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N 区区在硅片表面生一在硅片表面生一层薄层薄 SiO2 绝缘层绝缘层S D用金属铝引出用金属铝引出源极源极 S 和漏极和漏极 DG在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极 GB耗耗尽尽层层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 DrainSGDB模 拟 电 子 技 术2.工作原理工作原理1)uGS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(uDS=0)反型层反型层(沟道沟道)模 拟 电 子 技 术1)uGS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(uDS=0)a.当当 UGS=0，DS 间为两个背对背的间为两个背对背的 PN 结；结；b.当当 0 UGS UGS(th)DS 间间的的电电位位差差使使沟沟道道呈呈楔楔形形，uDS，靠靠近近漏漏极极端端的的沟沟道道厚厚度变薄。度变薄。预夹断预夹断(UGD=UGS(th)：漏极附近反型层消失。漏极附近反型层消失。预夹断发生之前：预夹断发生之前：uDS iD。预夹断发生之后：预夹断发生之后：uDS iD 不变。不变。模 拟 电 子 技 术3.转移特性曲线转移特性曲线2 4 64321uGS/ViD/mAUDS=10 VUGS(th)当当 uGS UGS(th)时：时：uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值开启电压开启电压O模 拟 电 子 技 术4.输出特性曲线输出特性曲线可变电阻区可变电阻区uDS 107 MOSFET：RGS=109 1015IDSSuGS/ViD/mAO模 拟 电 子 技 术4.低频跨导低频跨导 gm 反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，的控制能力，单位单位 S(西门子西门子)。一般为几。一般为几毫西毫西(mS)uGS/ViD/mAQO模 拟 电 子 技 术PDM=uDS iD，受温度限制。，受温度限制。5.漏源动态电阻漏源动态电阻 rds6.最大漏极功耗最大漏极功耗 PDM模 拟 电 子 技 术4.4场效应管放大场效应管放大电路电路4.4.2 场效应管电路小信号场效应管电路小信号 等效电路分析法等效电路分析法4.4.1 场效应管放大电路的组态场效应管放大电路的组态模 拟 电 子 技 术4.4.1 场效应管放大电路的组态场效应管放大电路的组态三种组态：三种组态：共源、共漏、共栅共源、共漏、共栅特点：特点：输入电阻极高，输入电阻极高，噪声低，热稳定性好噪声低，热稳定性好一、直流偏置电路一、直流偏置电路 1.自给偏压电路自给偏压电路+VDDRDC2CS+uo C1+ui RGRSGSD模 拟 电 子 技 术栅极电阻栅极电阻 RG 的作用：的作用：(1)为栅偏压提供通路为栅偏压提供通路(2)泻放栅极积累电荷泻放栅极积累电荷源极电阻源极电阻 RS 的作用：的作用：提供负栅偏压提供负栅偏压漏极电阻漏极电阻 RD 的作用：的作用：把把 iD 的变化变为的变化变为 uDS 的变化的变化UGSQ=UGQ USQ=IDQRS模 拟 电 子 技 术2.分压式自偏压电路分压式自偏压电路调整电阻的大小，可获得：调整电阻的大小，可获得：UGSQ 0UGSQ=0UGSQ 0RL+VDDRDC2CS+uo C1+ui RG2RSGSDRG1RG3模 拟 电 子 技 术例例 1 耗尽型耗尽型 N 沟道沟道 MOS 管，管，RG=1 M，RS=2 k，RD=12 k ，VDD=20 V。IDSS=4 mA，UGS(off)=4 V，求求 iD 和和 uO。iG=0 uGS=iDRSRDGDSRGRSiD+uO+VDD模 拟 电 子 技 术iD1=4 mAiD2=1 mAuGS=8 V UGS(off)增根增根 uGS=2 V uDS=VDD iD(RS+RD)=20 14=6(V)uO=VDD iD RD=20 14=8(V)在放大区在放大区例例 2 已知已知 UGS(off)=0.8 V，IDSS=0.18 mA，求求“Q”。模 拟 电 子 技 术解方程得：解方程得：IDQ1=0.69 mA，UGSQ=2.5V (增根，舍去增根，舍去)IDQ2=0.45 mA，UGSQ=0.4 V RLRDC2CS+uo C1+ui RG2GSDRG1RG310 k 10 k 200 k 64 k 1 M 2 k 5 k+24V模 拟 电 子 技 术4.4.2 场效应管电路小信号等效电路分析法场效应管电路小信号等效电路分析法小信号模型小信号模型rgs Sidgmugs+ugs+uds GD从输入端口看入，相当于电阻从输入端口看入，相当于电阻从输入端口看入，相当于电阻从输入端口看入，相当于电阻 r rgsgs()。从输出端口看入为受从输出端口看入为受从输出端口看入为受从输出端口看入为受 u ugs gs 控制的电流源。控制的电流源。控制的电流源。控制的电流源。id=gmugs一一、场效应管等效电路分析法、场效应管等效电路分析法模 拟 电 子 技 术例例 3 gm=0.65 mA/V，ui=20sin t(mV)，求交流输出，求交流输出 uo。+RDGDSRGRSiD+uO+VDDui+VGG10 k 4 k 交流通路交流通路+RDGDSRGRSid+uOui小信号等效电路小信号等效电路 +ui RSRDSidgmugs+ugs+uo GDRGui=ugs+gmugsRSugs=ui/(1+gmRS)uo=gmui RD/(1+gmRS)=36sin t(mV)模 拟 电 子 技 术二、性能指标分析二、性能指标分析1.共源放大电路共源放大电路有有 CS 时：时：RL+VDDRDC2CS+uo C1+ui RG2RSGSDRG1RG3RLRD+uo+ui RG2GSDRG3RG1+ugs gmugsidii无无 CS 时：时：RSRi、Ro 不变不变模 拟 电 子 技 术2.共漏放大电路共漏放大电路RL+VDDC2+uo C1+ui RG2RSGSDRG1RG3RLRS+uo+ui RG2GSDRG3RG1+ugs gmugsiiioRo模 拟 电 子 技 术小小 结结第第 4 章章模 拟 电 子 技 术场效应管场效应管1.分类分类按导电沟道分按导电沟道分 N 沟道沟道P 沟道沟道按结构分按结构分 绝缘栅型绝缘栅型(MOS)结型结型按特性分按特性分 增强型增强型耗尽型耗尽型uGS=0 时，时，iD=0uGS=0 时，时，iD 0增强型增强型耗尽型耗尽型(耗尽型耗尽型)模 拟 电 子 技 术2.特点特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成输入电阻高，工艺简单，易集成由于由于 FET 无栅极电流，故采用无栅极电流，故采用转移特性转移特性和和输出特性输出特性描述描述3.特性特性模 拟 电 子 技 术不同类型不同类型 FET 转移特性比较转移特性比较结型结型N 沟道沟道uGS/ViD/mAO增强型增强型耗尽型耗尽型MOS 管管(耗尽型耗尽型)IDSS开启电压开启电压UGS(th)夹断电压夹断电压UGS(off)IDO 是是 uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值模 拟 电 子 技 术作业：P191 4.4.2 P192 4.4.4